《功能材料学》复习重点1.什么是功能材料和主要特征：功能材料是指具有优良的物理、化学、生物或其相互转化的功能，用于非承载目的的材料。

有以下五大主要特征：%1功能对应于材料的微观结构和微观物体的运动。

%1其聚集态和形态非常多样化。

%1产品形式主要是材料元件一体化。

%1是利用现代科学技术，多学科交叉的知识密集型产物。

%1采用许多新工艺和新技术进行制备与检测。

2.电了导电材料中的超导体、导体、半导体和绝缘体的区别？答：导体、超导体、半导体和绝缘体的区别在于电导率、能带结构和导电机理三方面。

（1）电导率：导体的电导率Wl（）5S/m；超导体的电导率为无限大；半导体的电导率为10-7-104S/m；绝缘体的电导率W10-7S/m。

（2）能带结构：导体和超导体的能带结构有三类：未满带+重带+空带；满带+空带；未满带+禁带+空带。

半导体和绝缘体的能带结构是满（价）带+禁带+空（导）带，半导体的禁带宽度为0<Eg兰2eV,而绝缘体的禁带宽度大于2eV。

（3）导电机理：导体是通过日由电了的运动而导电的，导体中均存在电子运动的通道即导带，电了进入导带运动均不需能带间跃迁。

超导体的导电是因为超导电了的存在，它的运动是不受阻的。

半导体价带中的电了受激发后从满带跃到空带中，跃迁电子可在空带中自由运动，传导电了的负电荷，满带中留下的空穴按电了运动相反的方向运动传导正电荷；半导体的导电来源于电子和空穴的运动，电子和空穴都是半导体中导电的载流子。

绝缘体不导电。

3.超导材料及其特征值？某些金属、金属化合物及合金，当温度低到一定程度时，电阻突然消失，把这种处于零电阻的状态叫做超导态。

有超导态存在的材料叫超导材料。

其特征值为：（1）临界温度Tc。

当TvTc时，导体的P=0,具有超导性。

当T>Tc时，导体的P尹0,即失去超导性。

（2）临界磁场强度He。

除温度外，足够强的磁场也能破坏超导态。

使超导态转变成正常态的最小磁场He⑴叫做此温度下该超导体的临界磁场。

（3）临界电流密度Jc。

当超导电流超过某临界值Jc时，也可使金属从超导态恢夏到正常态。

Jc称为临界电流密度，临界电流密度Jc本质上是超导体在产生超导态时临界磁场的电流。

（4）Meissner （迈斯纳）效应。

处于超导态的材料，不管其经历如何，磁感应强度始终为零。

超导体是一种抗磁体。

因此具有屏蔽磁场和排除磁通的功能。

4.铁电体及其特性？铁电体是指在某温度范围内具有自发极化且极化强度可以因外电场而反I小的晶体，也就是，凡具有电畴和电滞回线的介电材料就称为铁电体。

铁电体的特性：（1）铁电体育许多电畴，不同的电畴之间永久偶极矩的取向不一致；（2）P 与E形成电滞回线；（3）居里温度Tc是铁电相与顺电相的相转变温度。

（4）介电常数E与非铁电体不同。

5.介电材料及其特征值？介电材料又叫电介质，是以电极化为特征的材料。

电极化是在电场作用下分了中正负电荷中心发生相对位移而产生电偶极矩的现象。

介电材料的特征值：分子极化率a、极化强度P、静态介电常数£、动态介电常数《*、介电损耗W、电导率。

、击穿电压U。

6.什么是压电材料？具有压电效应的材料叫做压电材料。

没有对称中心的材料受到机械应力处于应变状态时，材料内部会引起电极化和电场，其值与应力的大小成比例，其符号取决于应力的方血或者该材料在电场的作用下发生电极化时，会产生应变，其应变值与所加电场的强度成正比，其符号取决于电场的方向。

这两种现象统称为压电效应。

7.什么是热电材料?热电材料就是把热转变为电的材料。

主要包括温差电动势材料，热电导材料和热释电材料三大类。

（1）温差电动势材料温差电动势效应（温差热电效应）（一）赛贝克效应（二）温差电热效应1、珀尔帖热效应2、汤姆逊热效应（三）接点——介质温差效应（2）热电导材料：当温度升高时，材料的。

发生较大变化的一类材料。

（3）热释电材料：热释电效应是指当某些晶体受温度变化影响时，由于自发极化的相应变化而在晶体的一定方向上产生表面电荷。

8.什么是光电材料？光电材料是能把光能转变为电的一类能景转换功能材料。

主要有光电了发射材料、光电导材料和光电动势材料。

（1）光电子发射材料：光电了发射材料又称之为外光电效应材料。

当光照射到材料上，光被材料吸收产生发射电子的现象称为光电了发射现象。

具有这种现象的材料称为光电子发射材料。

（2）光电导材料：受光辐射电导急剧上升的现象称为光电导现象。

具有此现象的材料叫光电导材料。

（3）光电动势材料:在光照下,半导体p-n结的两端产生电位差的现象称为光生伏特效应。

具有此效应的材料叫光生伏特材料，又称光电动势材料。

9.画出软磁、硬磁、磁头、磁记录介质和矩磁材料的磁化曲线和磁滞回线？并说明其意义？（1）软磁材料：磁导率u高；磁滞损耗低；矫顽力He低；饱和磁感应强度Bs高；磁滞回线矩形比高,即Br/Bs高。

（2）硬磁材料：剩余磁感应强度Br高;矫顽力He高；最大磁面枳（BH）max高;磁滞损耗高。

（3）磁头材料：最大磁导率U m高；饱和磁感应强度Bs高；矫顽力He低；剩余磁感应强度Br低；起始磁导率ui高。

（4）磁记录介质材料：矫顽力He适当高；磁滞回线矩形比高，即Br/Bs高；饱和磁感应强度Bs |R] o（5）矩磁材料:磁滞回线矩形比高,即Br/Bs®；矫顽力He低;磁滞损耗低。

磁滞回线和磁化曲线见资料与书上。

10.透光材料种类及优缺点？透光材料包括透可见光（波长0.39〜0.76u m）、红外光（波长1〜lOOOum）和紫外光（波长0.01〜0.4U m）的材料。

透可见光的材料常用的有玻璃和高聚物两大类。

玻璃材料的透过率最高，折射率范围大，色散系数范围大，光学稳定性好，耐磨损。

其缺点是密度大，耐冲击强度低，加工困难，制造周期长。

高聚物材料是另一类透光材料，发展较快。

其优点为重量轻、成本低、制造工艺简单、不易破碎，可用来制作各种光学元件。

但也有折射率范围窄，热胀系数、双折射和色散大等很多缺点。

12.光致发光材料及其机理？用紫外、可见及红外光激发发光材料而产生的发光称为光致发光，该发光材料称为光致发光材料。

光致发光过程分为三步：①吸收一个光了；②把激光能转移到荧光中心；③由荧光中心发射辐射。

发光的滞后时间约为10-8S的称为荧光，衰减时间大于10-8S的称为磷光。

13.激光是怎样产生的及其特点？简单地说，激光的产生过程为：当激光工作物质的粒子（原子或分子）吸收了外来能量后，就要从基态跃迁到不稳定的高能态，很快无辐射跃迁到一个亚稳态能级。

粒了•在亚稳态的寿命较长，所以粒子数H不断积累增加，这就是泵浦过程。

当亚稳态粒了数大于基态粒了数, 即实现粒了数反转分布,粒了就要跌落到基态并放出同一性质的光了，光了又激发其他粒了也跌落到基态，释放出新的光了，这样便起到了放大作用。

如果光的放大在一个光谐振腔里反复作用，便构成光振荡，并发出强大的激光。

、激光的特点：（1）相干性好。

（2）单色性好。

（3）方向性好。

（4）亮度高。

14.激光器由几部分组成？激光器由工作物质、激励源和谐振腔三部分构成。

15.荧光材料与磷光材料的区别？当激发除去后在10-8s内发的光称为荧光，其发光是被激发的电子跳I叫价带时，同时发射光子。

与发荧光不同，发磷光的材料往往含有杂质并在能隙附近建立了施主能级，当激发的电子从导带跳回价带时，首先跳到施主能级并被捕获。

在它跳回价带时，电了必须先从捕获陷阱内逸出，因此延迟了光了发射时间。

当陷阱中的电了逐渐逸出，跳回价带并发射光了。

16.用能带结构解释激光工作原理？红宝石是在蓝宝石（AI2O3单晶）中加入0.05%Cr3+离了后得到的产物。

Cr3+离了使红宝石呈红色，更重要的是提供了产生激光的所必要的电子能态。

通常将红宝石制成柱状，两端为高度抛光互相平行的平面。

其中一个端面部分镀银，能部分透光；另一端面充分镀银，使之对光波有完全反射作用。

在激光管内,用林气闪光灯辐照红宝石。

红宝石在被辐照之前Cr3+ 离了都处于基态（见图10-8）。

但在先1气闪光灯（波长560nm）照射下，Cr3+中的电了受激转变为高能态，造成粒了数反转。

处于高能态的电了可通过两个途径返1门1基态：（1）直接从受激高能态返1同基态，同时发出光子，由此产生的光不是激光（2）受激高能电子首先衰变为亚稳态，停留3ns后返回基态并发出光了。

在电子运动过程中3ns 一般是很长的时间，因此在亚稳态能级上集聚了不少的电了，当有几个电子自发地从亚稳态返I口I基态时，带动更多电了以“雪崩”形式返I口I基态，从而发射出愈来愈多的光了。

那些基木平行于红宝石轴向运动的光了，一部分穿过部分镀银端，而一部分被镀银端面反射I叫来，光波沿红宝石轴向来"I传播，强度愈来愈强。

这时，从部分镀银端面发射出来的光束就是高度准直的高强度相干波，这种单色激光的波长为694.3nm。

由上面分析,该激光器主要部分是激光工作物质（A12O3 单晶）激活物质Cr3+离了提供亚稳态能级，从基态到激发态经亚稳态能级构成三能级激光器。

17.什么是非线性光学材料，利用二阶非线性光学效应解释倍频和光整流现象？非线性光学材料是指对于激光强电场，显示二次以上非线性物理响应的材料。

从光量了系统的能量守恒关系3 1+G.2=O3,可以得到非线性光学晶体实现激光频率转换的两种类型：（1）当两个入射光波场的频率相同，即3 1 = 32=3时，它们和频作用的结果，将产生一频率为两倍于入射光波场的电磁波，这就是倍频效应。

（2）当3 1 = 32,则G）3=31.32=（），此时激光通过非线性光学晶体产生直流极化称为光整流。

18.电光材料的概念及其优良电光材料的特点？在外加电场的作用下，介质折射率发生变化的现象称为电光效应，具有电光效应的介质称为电光材料。

优良的电光材料应该具有大的电光系数，高的折射率和低的半波电压。

此外，还要求介也常数小以减少高频损耗，在使用的光波段透光性好，温度稳定性和化学稳定性好等性能。

19.什么是磁光材料，优良磁光材料的特点？磁光材料是指在磁场作用下，入射光经过材料时会发生某些性质的变化的材料。

优良的磁光材料应该具有大的维尔德常数V和小的光损耗系数a此外，还要求材料显示各向同性的光学性质，不存在结构因素产生的双折射，以及具有良好的物理，化学稳定性能。

20.红外辐射材料的概念及其影响发射率的因素？理论上，任何物体在0K以上均可辐射红外线，但工程上，红外辐射材料只指能吸收热物体辐射而发射大量红外线的材料。

影响发射率的因素有：（1）材料木身结构：一般说金属导电体的£值较小，电介质材料的£值较高。

（2）辐射波长：在短波主要与电了在价带至导带间的跃迁有关；在长波段主要与晶格振动有关。